• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • NASAs Webb kommer att söka atmosfärer runt potentiellt beboeliga exoplaneter

    Konstnärens koncept skildrar de sju steniga exoplaneterna inom TRAPPIST-1-systemet, ligger 40 ljusår från jorden. Astronomer kommer att observera dessa världar med Webb i ett försök att upptäcka den första atmosfären på en planet i storleken Jorden bortom vårt solsystem. Kredit:NASA och JPL/Caltech

    Den här månaden är det tredje årsdagen av upptäckten av ett anmärkningsvärt system av sju planeter som kallas TRAPPIST-1. Dessa sju steniga, Världar i jordstorlek kretsar runt en ultracool stjärna 39 ljusår från jorden. Tre av dessa planeter är i den beboeliga zonen, vilket betyder att de är på rätt omloppsavstånd för att vara tillräckligt varma för att flytande vatten ska finnas på deras ytor. Efter lanseringen 2021, NASA:s rymdteleskop James Webb kommer att observera dessa världar med målet att göra den första detaljerade nära-infraröda studien av atmosfären på en planet i en beboelig zon.

    För att hitta tecken på en atmosfär, astronomer kommer att använda en teknik som kallas transmissionsspektroskopi. De observerar värdstjärnan medan planeten korsar stjärnans ansikte, känd som transit. Stjärnans ljus filtrerar genom planetens atmosfär, som absorberar en del av stjärnljuset och lämnar kontrollanta fingeravtryck i stjärnans spektrum.

    Att hitta en atmosfär runt en stenig exoplanet – ordet forskare använder för planeter bortom vårt solsystem – kommer inte att vara lätt. Deras atmosfär är mer kompakt än gasjättarnas, medan deras mindre storlek betyder att de fångar upp mindre av stjärnans ljus. TRAPPIST-1 är ett av de bästa tillgängliga målen för Webb eftersom stjärnan i sig också är ganska liten, vilket betyder att planeternas storlek i förhållande till stjärnan är större.

    "Atmosfärerna är svårare att upptäcka men belöningen är högre. Det skulle vara väldigt spännande att göra den första upptäckten av en atmosfär på en planet i storleken av jorden, " sa David Lafrenière vid University of Montreal, huvudutredare i ett av teamen som undersöker TRAPPIST-1.

    Röda dvärgstjärnor som TRAPPIST-1 tenderar att ha våldsamma utbrott som kan göra TRAPPIST-1-planeterna ogästvänliga. Men att avgöra om de har atmosfärer, och i så fall, vad de är gjorda av, är nästa steg för att ta reda på om livet som vi känner det skulle kunna överleva i dessa avlägsna världar.

    En samordnad insats

    Mer än ett team av astronomer kommer att studera TRAPPIST-1-systemet med Webb. De planerar att använda en mängd olika instrument och observationslägen för att reta ut så många detaljer de kan för varje planet i systemet.

    "Det är en koordinerad insats eftersom inget lag kunde göra allt vi ville göra med TRAPPIST-1-systemet. Samarbetsnivån har varit riktigt spektakulär, " förklarade Nikole Lewis från Cornell University, huvudutredaren i ett av teamen.

    "Med sju planeter att välja mellan, vi kan var och en få en bit av kakan, " tillade Lafrenière.

    Lafrenières program kommer att rikta in sig på TRAPPIST-1d och -1f i ett försök att inte bara upptäcka en atmosfär, men bestäm dess grundsammansättning. De förväntar sig att kunna skilja mellan en atmosfär som domineras av vattenånga, eller en som huvudsakligen består av kväve (som jorden) eller koldioxid (som Mars och Venus).

    Lewis program kommer att observera TRAPPIST-1e med liknande mål. TRAPPIST-1e är en av de planeter bortom vårt solsystem som har mest gemensamt med jorden när det gäller dess densitet och mängden strålning som den får från sin stjärna. Det gör det till en utmärkt kandidat för beboelighet - men forskare behöver veta mer för att ta reda på det.

    Denna animation beskriver hur Webb kommer att använda transmissionsspektroskopi för att studera atmosfären hos avlägsna exoplaneter. Kredit:NASA, ESA, CSA, och L. Hustak (STScI)

    Ett brett utbud av planeter

    Medan TRAPPIST-1-planeterna är särskilt attraktiva ur en synvinkel av potentiell beboelighet, Lafrenières program kommer att rikta in sig på en mängd olika planeter – från steniga till mini-Neptunes till Jupiter-stora gasjättar – på olika avstånd från sina stjärnor. Målet är att lära sig mer om hur och var, dessa planeter bildas.

    Särskilt, astronomer fortsätter att diskutera hur gasformiga planeter kan hittas mycket nära deras stjärnor. De flesta tror att en sådan planet måste ha bildats längre ut i den protoplanetära skivan – skivan runt en stjärna där planeterna föds – eftersom mer material finns tillgängligt långt från stjärnan, och vandrade sedan inåt. Dock, andra forskare har en teori om att även stora gasjättar kan bildas relativt nära sin stjärna.

    "Också, kanske de bildades längre ut, men hur mycket längre ut?" frågade Lewis.

    För att hjälpa till att informera debatten, astronomer kommer att titta på förhållandet mellan kol och syre i ett sortiment av exoplaneter. Detta förhållande kan fungera som ett spår av var en planet bildades, eftersom det varierar med avståndet från stjärnan.

    Väderkartor

    Förutom att undersöka planeter med hjälp av transmissionsspektroskopi, teamen kommer också att använda en teknik som kallas en faskurva. Detta innebär att observera en planet under loppet av en hel omloppsbana, vilket bara är praktiskt för de hetaste världarna med de kortaste omloppsperioderna.

    En planet som cirkulerar sin stjärna väldigt nära blir tidvattenlåst, vilket betyder att den alltid visar samma ansikte till stjärnan, som månen gör mot jorden. Som ett resultat, avlägsna observatörer som tittar på planeten kommer att se den gå igenom olika faser, eftersom olika sidor av planeten är synliga på olika punkter i dess omloppsbana.

    Genom att mäta planeten vid olika tidpunkter, astronomer kan bygga upp en karta över atmosfärstemperaturen som funktion av longitud. Denna teknik var banbrytande av NASA:s Spitzer Space Telescope, som gjorde den första "väderkartan" över en exoplanet 2007.

    Dessutom, genom att observera planetens egna värmeutsläpp, astronomer kan modellera atmosfärens vertikala struktur.

    "Med en faskurva, vi kan bygga en komplett 3D-modell av en planets atmosfär, " förklarade Lafrenière.

    Detta arbete genomförs som en del av ett Webb Guaranteed Time Observations (GTO)-program. Detta program är utformat för att belöna forskare som hjälpt till att utveckla nyckelkomponenterna för hårdvara och mjukvara eller teknisk och tvärvetenskaplig kunskap för observatoriet.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com